摘要:
创新研究群体是我国跨学科、高水平基础研究创新项目团队的典型代表,该类创新团队绩效的重要考核因素为科研合作、学科建设、团队成长与可持续性等内容,是符合科学精神与科研规律,能有效培养与激励人才的研究群体。本文基于科学计量与团队演化的理论视阈,就优秀创新研究群体合作网络展开知识图谱可视化分析与典型案例分析,发现创新研究群体在项目执行期与结题后时期均形成了有效连接的合作网络,具有较高的网络密度,同时在中心性较强的网络节点与科研骨干的带领下,合作网络不断扩展;总结其合作演化进程与人才培养经验,可为我国高水平科技创新团队的发展提供方法整合分析的视角,并对交叉学科的建设发展、创新人才团队的培养激励提供理论与实践参考。
关键词:
创新研究群体;合作网络;人才培养;交叉学科;知识图谱
作者简介:
高杰,山东大学国际创新转化学院副研究员。
一、引言
(一)基础研究创新与人才培养项目
从世界范围看,对于基础研究与创新推动的标志性举措是,第二次世界大战后陆续在众多国家建立并推行的科学基金制度;标志性报告与文件是美国科学家万尼瓦尔·布什(Vannevar Bush)提交给时任总统的一系列报告,强调了加强基础研究与人才团队培养的重要性,这是经济技术进步与国家社会发展等整体勃兴的源泉与基础。Huang C等人通过对中华人民共和国成立以来中国科技政策的梳理分析,认为中国的基础研究被应用研究掩盖了数十年,但中国的科技政策越来越侧重于基础研究,基础研究与应用研究的差距正在逐渐缩小。2016年,时任中国国家自然科学基金委主任的杨卫在《自然》杂志撰文提出,提高基础研究的质量和完整性必须成为新时期促进中国创新的努力重点;基础研究的质量比数量更重要。同时,根据国家自然科学基金委的调查与通报,我国的基础研究虽有政策资源倾斜,也取得了不少的成绩与突破,但与其他发达国家相比,整体上还存在较大的差距:一是在源头创新与颠覆性创新方面,世界一流的关键性原创成果较少,开创新兴学科和方向的能力较缺乏;二是缺乏引领科学潮流的世界顶级科学家与人才团队。
国家采取诸多政策措施与人才计划推动基础研究、跨学科研究科技创新与人才团队培养,其中涉及科技创新人才与团队的计划、基金与项目有:国家自然科学基金委资助体系下的“青年项目”“优秀青年科学基金项目”“国家杰出青年科学基金项目”“创新群体项目”等,教育部和其他部委资助体系下的各类人才计划,这些计划和项目均推动了我国基础研究与科技创新的进步,吸引与培养了一大批高水平、有质量的科研人才与创新团队。相较而言,我国推动基础研究从顶层设计层面最重要的机构之一是国家自然科学基金委(以下简称基金委)。基金委人才类项目中的“创新研究群体项目”,就是侧重基础研究前沿探索、学科交叉融合,以及高水平创新团队与人才培养的项目。
(二)高水平跨学科研究与创新人才团队培养的代表——创新研究群体
基金委的人才类项目,除了青年项目、面上项目以外,对于优秀人才与团队的资助与支持,按进阶的成长模式可大致分为“优秀青年项目—杰出青年项目—创新群体项目”三类。创新研究群体(以下简称创新群体)项目特别强调在基础前沿领域的探索、学科的交叉与融合,以及人才团队的培养,是我国高水平跨学科研究与前沿创新团队的典型代表。
2000年基金委特意设立创新群体科学基金,目的是为了“稳定地支持基础科学的前沿研究,培养和造就具有创新能力的人才和群体”,在现行管理办法中明确表示“支持优秀中青年科学家为学术带头人和研究骨干,共同围绕一个重要研究方向合作开展创新研究,培养和造就在国际科学前沿占有一席之地的研究群体”。高水平、基础研究、前沿探索、学科交叉融合、人才团队培养,这些关键词在创新群体项目的相关管理规定、评价要求等方面被多次强调。例如,在2015、2016年基金委委托国家科技评估中心(以下简称评估中心)进行的国家自然科学基金绩效评价与创新群体项目评估中,在工作方案与专家评价表中,除了“规范实施、科学客观、高效组织、公开透明、发挥实效”等总体评估要求之外,还特别强调创新群体项目在学科建设与交叉融合、团队建设成长与可持续性的评价指标与评估侧重点;当时基金委在年度创新群体项目绩效评价的指标体系中,除“内容目标”“成果产出”等常规评价指标外,还特别强调对创新群体在“国内外合作”“人才团队培养”“学科建设发展”“团队潜力与可持续性”等方面的特色评价指标。
探索与分析优秀创新群体的合作演化规律与人才团队培养情况,对于我国科技创新人才团队的培养与激励、国内外科研合作的良好开展、科技成果的有效转化、交叉学科与新兴学科的建设发展等,均有重要意义。
二、理论视域:科学计量学与科研创新团队演化
(一)科学计量学与知识图谱可视化分析
科学计量学是建立在数学、统计学、计算机科学、图书馆学、情报学等基础上的科学领域的交叉学科。它运用统计分析、图论和聚点分析等多种定量分析方法来评价组织、区域、人员、领域等多方面、多层次的科学发展水平与进展情况等内容;综合前人研究,本文认为科学计量学涉及学科范围较广,包含了早期发展起来的文献计量学、引文分析学等学科元素,也与近期兴起的知识计量学、网络计量学、替代计量学等学科与方法有着广泛或一定程度上的交集。
知识图谱是以知识域为对象,显示科学知识的发展进程与结构关系的一种图像,CiteSpace可视化软件是科学计量学与知识图谱可视化的代表性工具。就我国基础研究创新团队的合作网络而言,通过科学计量与知识图谱的可视化分析,可探析与了解到其科研合作网络之中主要节点的合作联系与分布情况、子网络与节点聚类情况,挖掘节点网络的内部合作关系与演进扩展情况;同时结合对该创新群体的调研与发展报告、合作演进与人才培养实际情况,运用综合方法从多角度、多层次对Gao HJ优秀创新群体展开案例研究。
(二)创新群体与科研创新团队合作网络演化
创新群体是以“优秀中青年科学家为学术带头人和研究骨干,共同围绕一个重要研究方向合作开展创新研究,培养和造就在国际科学前沿占有一席之地的研究群体。”团队具有双重任务属性,力求在基础研究领域的前沿进行探索与突破,并培养出具有国际影响力的人才团队;创新群体项目是针对我国基础研究不足与高水平团队缺乏等问题,能够在一定程度上提供解决方案,是促进科研创新与人才团队培养的典型项目。因此,本文把创新群体作为我国跨学科基础研究科研创新团队的典型代表,对其合作网络的形成与演化、团队建设与人才培养的情况进行剖析。
普赖斯曾提出科学家通过“无形学院”或正式合作进行论文发表与写作的情况越来越多。随后有关科学研究与团队合作、科研团队合作网络的研究越来越多,科研合作、科技创新随着时代的发展越来越网络化、合作化、团队化与多样化,团队合作越来越成为科研产出与科技创新的主流形式。Contractor经过对科研创新团队的演化分析,认为科学家与研究人员,一直都是处在各种强弱关系、非正式与正式组织之间,以及与结构洞交错的合作网络之中。
Greiner认为组织演化最具代表性的方式是渐进演变。很多学者结合已有的团队理论、组织行为学理论与生命周期理论等,将科研创新团队的演化周期按渐进式演变划分为不同阶段。同时在对主流科研创新团队演化的研究中,诸多学者认为科学家出于自发探索与项目目标达成等原因,开展合作研究进而形成科研合作网络。
有关创新群体及其合作网络的研究,之前多集中在该类项目的宏观绩效评价、描述性统计分析与方法论研究。近些年有关研究逐渐进入中微观层面,如研究创新群体学术带头人的特征与影响,研究创新群体合作网络的构型与治理结构的走向等内容。但在合作网络特征与构型等横切面之外,从创新群体与基础研究科研创新团队合作网络演化等纵向角度,开展相关创新团队合作与演化规律的研究较少。因此,本研究以创新群体作为高水平、跨学科基础研究创新团队的代表,梳理其合作网络的演化过程与团队发展、人才培养轨迹,探析其团队内部合作规律与内外部治理的有效经验。
三、Gao HJ创新群体合作的演化与人才培养分析
创新群体具有科研合作网络组织的属性,以骨干成员为主要节点,与诸多群体成员及外部合作者共同构成联系紧密的科研创新合作网络。以往有关科研创新团队演化的分析,多是从质性研究的角度出发,对类似团队的发展与演化进行论述。本研究基于科学计量学的理论与方法视域,对以创新群体为代表的基础研究创新团队的合作网络进行知识图谱的可视化分析,并与质性研究、典型案例分析相结合。
本研究选取了以“纳米电子器件的材料、构造与物性研究”为研究题目与主要方向的Gao HJ优秀创新群体展开以知识图谱可视化分析为主的典型案例分析,选取该案例的原因为:该群体的主要研究方向与研究领域属于国家重点关键领域与核心技术的范畴,具有代表性;该群体作为自然科学基金委的优秀代表性群体参与了基金委成立25周年的国际评估,总体绩效评价为优秀;同时该群体从团队结构到研究内容跨学科性明显,学科交叉融合度较高。因此本研究选取该群体为典型案例展开探索性分析。与以往有关创新团队合作网络的演化分析相比,本研究将定量与定性分析方法整合、开展综合性分析,以期较为清晰地呈现创新群体合作网络的时序演进,并结合该团队的评估汇报材料、申请书、计划书、结题书等材料,挖掘其合作演化与人才团队培养的内涵规律与实践经验。
Gao HJ创新群体的研究主要围绕纳米电子学研究中的几个关键科学与技术问题,即从纳米材料的制备入手,寻求具有良好电子学特性的纳米体系。对所得的纳米体系进行表征与物性研究,进而进行纳米器件的构造与器件特性研究,具有基础研究的前沿性、突破性与学科交叉性。该群体的负责人、学术带头人为中国科学院物理研究所Gao HJ教授,他在创新群体项目结题后的第三年,当选为中科院院士。该群体主要由6位研究员和4位副研究员组成,就“纳米电子器件的材料、构造与物性研究”的题目与方向开展研究工作。
该创新群体项目执行与在研期为2007—2009年,检索其群体负责人和主要研究骨干的SCI 文章约为192篇;该群体项目在结题之后发展期为2009—2011年,检索其群体负责人和主要研究骨干的SCI 文章约为263篇。本文运用CiteSpace可视化软件绘制Gao HJ创新群体的科研论文合作网络知识图谱,展现该群体合作网络在发展演化中的网络主要节点(骨干成员)的联系与子网络分布和聚类关系,分析其合作演化的内涵规律,并结合创新群体开展的人才培养实践,运用综合方法从不同视角对该群体合作网络的演化与团队的建设发展进行切入分析与脉络梳理。
(一)Gao HJ创新群体项目执行与在研期(2007—2009年)
项目在研期,团队以Gao HJ为群体负责人、学术带头人,Chen XL、Huang XJ等人为群体的研究骨干成员包括3位“杰出青年基金”获得者、2位中科院“百人计划”获得者,成员还包括40人左右的硕博研究生群体。该群体在合作网络的扩展与演化中,壮大了队伍,培养了人才与学生。在群体项目的资助下,围绕“纳米电子器件的材料、构造与物性”开展研究工作。
该群体研究方向与目标为功能纳米结构的可控自组装生长、结构与物性,以及在纳米器件中的应用。研究主要围绕以下几点展开:首先,用化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)等方法进行新型纳米功能材料的探索制备及生长机制研究。通过从原子、分子尺度上构筑功能纳米结构,实现可控、高效、高选择性、高度有序的自组装生长,调控其方向、尺寸、形状以及组分,为获得可控的“人造纳米结构”的发展奠定基础。其次,通过扫描隧道显微镜(STM)、四探针扫描显微镜(4P-SPM)、高分辨电子能量损失谱(HREELS)等分析手段对制备出的新奇纳米结构进行物性测量,研究纳米结构与其物性的关系。最后,利用已知物性的纳米结构可控地构筑纳米器件单元,研究纳米器件单元的特性,为纳米器件的实用化奠定基础。
在项目执行期间,该群体在纳米电子器件的材料、构造与物性研究这一研究方向上,对纳米电子材料的探索与表征、纳米电子器件的组装与构造,以及单元器件的物性等研究方面开展了系统性的研究工作,取得了一系列具有国际前沿水平的研究成果,如发现了Rotaxane类分子固态薄膜的电导转变,获得了稳定、重复和可逆的超高密度信息存储,此类研究工作继2005年被Nature Materials报道后,在2007年项目执行期内也获得了Nature Nanotechnology的亮点报道和高度评价。
项目执行期间,共发表SCI论文260余篇,其中Physical Review Letters 12篇、JACS 6篇、Advanced Materials 8篇;申请专利45项,其中30项已授权。同时,产生了新的交叉学科生长点——能源器件中纳米材料的界面问题。三年期间培养与搭建了在世界范围内具有较高影响力的研究群体与创新团队,该群体每年主办相关高水平国际学术研讨会1—2次。
基于SCI论文数据,运用CiteSpace软件绘制Gao HJ创新群体科研合作关系的节点型与时区型知识图谱(分别见图1、图2),结果发现群体负责人Gao HJ与骨干成员Chen XL、Huang XJ等人的合作性最强,在项目执行期(2007—2009年)一直有合作。由时区型图谱(图2)可知,与Bao HQ、Liu WX的论文合作从2008年开始出现,项目最后一年(2009年)还有Tang K、Li LF、Li G、Han JC等新的团队成员节点出现,表明该群体合作网络不断拓展演进。
在项目执行与在研期,Gao HJ创新群体合作网络知识图谱主要节点(合作频次、网络中心性、起始合作年份)等信息见表1。根据图谱与表格信息分析可知,群体负责人Gao HJ与其他网络节点的合作频次最多(整体圆环年轮最大、合作频次Frequency 93为最高),同时其节点的中心性也较强(网络中心性Centrality值为0.42,比Li H等人的0.55稍低一些)。此外其他两位学术骨干Li H与Shen CM的成果与合作频次虽然不像Chen XL与Huang XJ那么多,但是二人的网络中心性属于创新群体合作网络里最强的两位(Li H的网络中心性Centrality值为0.55,Shen CM为0 45),说明这两人与他人合作的成果质量与影响因子都较高,在团队内属于科研核心力量;新的骨干与研究人员Du SX、Song B、Bao LH的节点与聚类网络也逐渐形成了规模。
(二)Gao HJ创新群体项目结题后发展期(2009—2011年)
该群体在项目结题之后,在项目成果的基础上开展进一步的研究,并且扩大自己的科研创新合作网络。Gao HJ创新群体与美国范德比特大学(Vanderbilt University) S. Pantelides教授研究组合作,对金属有机体系中电场对分子扩散的调控进行了深入研究。用STM在液氮临界温度(77K)下观测到了酞菁铁(FePc)分子在Au (111) 表面的扩散现象,并在外加电场的作用下,调控了分子在表面的运动和静止,实现了分子自组装结构可控和可逆的分解和再组装。同时结合DFT理论计算,详尽地分析了外加电场对控制分子和基底相互作用,以及对分子在表面扩散势垒的影响。这项成果的意义在于将人为的可控设计和自发的分子自组装特性结合在一起,给设计和构筑纳米尺度下的分子电子器件提供了一条新的途径。另外,研究团队在不同金属衬底上,在超高真空腔中通过高温热分解碳氢化合物成功制备出Ru(0001)、Pt(111)和Ni(111)上的外延单层石墨烯,STM的实验结果和DFT理论计算都证明通过改变不同金属基地是可以调控外延生长的石墨烯与基底的相互作用力大小。通过理论分析和实验结果,证明这种极性的改变与石墨烯的掺杂状态有关。研究结果对基于石墨烯的异质结构器件有潜在的应用价值。相关结果发表在Applied Physics Letters上,并且被Virtual Journal of Nanoscale Science &Technology收录。此外,该群体还利用低温STM系统,在Pb(111)表面上制备了大量Pb单原子,并测量了其sp3杂化轨道的能量分辨图谱,并发现单个Pb原子在Pb(111)表面上的局域电子态密度来源于未占据态的空间不均匀性。
2009—2011年间,Gao HJ科研骨干Chen XL、Huang XJ等人的SCI论文合作网络知识图谱的节点型与时区型知识图谱分别见图3、图4。在项目结题后三年的发展期,Gao HJ创新群体合作网络知识图谱主要节点(合作频次、网络中心性、起始合作年份)等信息见表2。
由2009—2011年知识图谱(见图3、图4)可知,网络主要节点的辐射与分布,依然以学术带头人Gao HJ与科研骨干Huang XJ、Chen XL等人为主,在群体项目的资助下,围绕“纳米电子器件的材料、构造与物性研究”开展工作。不过一个显著的特征是,群体的学术带头人与两三位科研骨干不再是群体合作网络中心性Centrality最强的节点,更多的是起到计划、组织、协调与管理合作的作用,培养了一批新的研究骨干与团队成员。结合图3、图4与表2可知,网络中心性Centrality值较强的新骨干成员是Li H(0.22)与Du SX(0.10)等节点与新的子聚类合作网络。结合群体本身的访谈与汇报材料可知,Gao HJ创新群体在队伍搭建、团队结构合理性与人才培养等方面,根据任务导向与目标属性,不断调整和加强原科研队伍,引进优秀人才,积极锻炼既有成员,现已建立了一支结构合理、具有很强凝聚力的研究梯队。在工作中注意充分发挥青年科研人员的才能,研究集体中的Wang ZX、Shi DX、Du SX博士都取得了重要的研究成果,分别在Physical Review Ltters和JACS等重要期刊上发表数篇论文,并先后晋升为物理所的研究员。同时在吸引人才与扩大科研合作网络方面,Guo HM博士等三位青年学者通过中科院“百人计划”从国外引进,作为团队新生青年力量,主要从事微/纳加工与器件特性的研究,Shen CM博士的研究方向主要是生长低维纳米材料及其物性研究。他们已具备在自己的科研兴趣范围内带领他人开展研究的能力。Wang ZX、Shi DX、Du SX与Shen CM在这一时期已成为该群体合作网络的主要节点,节点年轮进一步扩大、代表中心性强的深色圆环也进一步变粗,这些新兴骨干节点围绕Gao HJ、Huang XJ与Chen XL等合作频次高、节点年轮大的主要节点与聚类网络,进一步形成与拓展了自己的子聚类网络,使得该群体的合作网络进一步扩展与跃迁。
(三)Gao HJ创新群体的人才培养与团队治理
Gao HJ创新群体以“纳米电子器件的材料、构造与物性研究”为项目名称与研究方向,在逐步探索与扩展科研合作网络的基础上,在基金委创新群体项目的推动下,该群体不仅在实验条件、研究视野与深度方面,更在人才梯队建设与团队治理方面取得了长足的进步,为进一步开展具有国际领先原始创新意义的研究工作打下了良好的基础。围绕“纳米电子器件的材料、构造与物性研究”这个明确的研究方向,国际领先重新整合研究团队,使团队在国际上这一竞争十分激烈的领域较快地集中了最优势的力量(包括研究人员和先进的实验设备),取得了一些公认的研究成果。
在人才培养、人才梯队建设方面,该群体围绕主攻方向,调整和加强原科研队伍,引进优秀人才,积极锻炼既有成员,现已建立了一支结构合理、具有很强凝聚力的研究梯队。在工作中注意充分发挥青年科研人员的才能,年轻骨干成员陆续发表重要研究成果,并晋升为研究员;还有一些青年学者作为中科院“百人计划”从国外引进。在学生培养方面,鼓励研究生在项目中积极承担工作,勇于创新,并合理利用现有资源,选派优秀研究生到国外一流水平的实验室进行学习与合作研究,有多名同学获得“中科院优秀博士论文”和“全国优秀博士论文”的提名,不少学生获得各种层次的学术荣誉与奖学金。
在团队合作与治理方面,该群体在整体目标明确的前提下,增强了研究人员之间的交流与合作,加深了合作网络的网络密度,加强了主要节点的中心性,成为一个在国内外具有优势和自身特点的研究队伍,得到了国际同行的认可;同时不断扩展与深化合作网络,交流与合作不仅局限于群体内部,与美国橡树岭国家实验室布朗大学,德国明斯特大学等国外先进研究机构就纳米材料有关研究的交流和合作也愈发深入。
在纳米电子材料的探索与表征、纳电子器件的组装与构造,以及单元器件的物性研究等方面开展了系统性的研究工作,取得了一系列具有国际前沿水平的重要研究成果。例如,在新型纳米功能材料的探索制备与表征方面,成功制备了毫米级、连续的、高度有序的单层Graphene薄膜,是国际上最早使用该方法制备Graphene 薄膜的两个研究组之一,得到国际同行的关注。在超高密度信息存储方面,研究团队在国际上首次实现了在单个分子水平上的电导转变,在信息存储方面具有潜在的应用前景,被美国物理学会Physical Review Focus,美国Science News,美国能源部Weekly Report,Nature Materials,Nature Nanotechnology等期刊与平台作为研究亮点多次报道,被誉为“首次在单分子极限水平上实现电导转变”。
创新群体基金为研究团队营造了宽松的科研环境和良好氛围,充分发挥了学术带头人的凝聚力、群体的研究实力、创新潜力和团队精神,促进了学科交叉与融合,使群体的研究方向和科学目标有了不同程度的深入和提高。Gao HJ创新群体不仅建立了一支高水平的研究队伍,还在原有基础上,不断扩展与国际一流研究团队的合作;该群体在积极吸收新鲜力量的同时,努力提高原有科研人员实力,逐步凝练研究队伍,结合国际科技前沿动态,做出了具有探索性、独创性的工作,在研究方向上取得了一系列在国际上有影响的前沿研究成果。
四、结论与展望
创新群体具有科研合作网络组织的属性,对于其合作网络的演化与人才团队的培养展开定量与定性方法的综合分析,有助于进一步展现其团队成长与合作发展的进程与规律。本研究从学科交叉、团队演化与人才培养的问题视阈出发,试图探索我国高水平、跨学科科研创新团队在人才培养与合作演化方面的内涵规律与经验总结,通过对我国科研创新人才计划与项目的梳理,最终选取了国家自然科学基金资助的创新群体作为研究对象进行分析。
根据基金委和评估中心各位评估专家及管理人员的反馈,以及笔者参与的项目绩效评估工作经历发现,创新群体项目是否科学开展了跨学科的合作与前沿探索,国际合作交流是否合理有效进行,团队成员是否得到了成长,并且团队是否具有取得重要科学成果、长期发挥应用价值前景的潜力与可持续性,是考核该项目与团队是否优秀的关键指标与重要因素。由于基础研究前沿探索的特殊性质,创新群体项目在成果产出等常规评价指标方面较为宽松,给予科技人才与创新团队试错空间与成长时间,允许前沿探索与高水平研究一定程度上走弯路、出现失败,鼓励科学家的探索与合作精神,鼓励学科交叉与深度融合,鼓励进行开放的国内外合作与中青年科研人才的培养,符合科学研究规律与人才培养规律,以期培养出在国际前沿具有一定影响力的创新团队与科学家群体。同时该项目经费资助力度较强,属基金委资助力度较大的人才类项目,具有鲜明的人才团队培养造就特征。由于创新群体以前沿探索和高水平研究为主,多涉及学科交叉融合的深入与开辟新兴学科的可能性等内容,这使得创新群体项目又具有鲜明的跨学科、学科交叉融合的特征。
基金委常年在计划局下设交叉学科处,承担重大项目、重大研究计划项目、联合资助基金等项目的立项、检查、评估等管理与统筹工作;2018年以来,确立了基于“鼓励探索、突出原创;聚焦前沿、独辟蹊径;需求牵引、突破瓶颈;共性导向、交叉融通”四类科学问题属性分类的资助导向,并在2020年11月成立交叉科学学部。其组建对于科技创新的作用与服务国家需求有重要的意义。在2020年全国研究生教育会议上决定设立第14个学科门类:交叉学科。这些都有助于我国在科学基金资助与研究生培养、人才团队培养方面进一步满足当前科技竞争的需要、国家发展的需要,而跨学科、交叉学科人才团队的合作演化与培养发展方面的研究与探讨,也会是当前与未来一段时间,科技创新、高等教育与学科建设方面重点关注的议题与内容之一。